2.1 飞行任务的字母排序 欧文·梅纳德一开始就成为NASA设计载人飞船的工程师中的一员,他将登月工程分为一个飞行任务序列,将阿波罗任务的能力一步一步推进到月球表面。这些飞行任务分别用字母A、B、C等代表。管理者们相信,如果要实现登月目标,前面的每项飞行任务都应在执行后续任务之前成功完成,必要的话还应不止成功一次。 A任务是一次不载人土星V火箭测试任务,用来评估火箭能否胜任载人飞行并测试阿波罗指令舱安全再入返回的能力。B任务将搭载一个无人登月舱继续测试土星IB火箭的能力。C任务将对搭乘一名宇航员的指令勤务舱进行地球轨道飞行测试,仍利用土星IB火箭发射。D任务是对搭载3名宇航员的指令勤务舱和登月舱阿波罗系统进行测试,利用土星V火箭将其送入地球轨道。 此后,NASA将开始考虑离开地球。E任务将对这两艘飞船进行另一次全面检验,这次将进入比前面任何一次载人飞船飞行都要高的轨道,并在远离地球的地方测试这个联合体,那里导航、温控和通信等都完全不同。F任务是一次奔月飞行的完整彩排,除不进行实际月面着陆外,执行其他所有的机动变轨,这将为飞船内宇航员和飞行控制中心的人带来第一次月球轨道的实际操作体验。首次着陆命名为G任务,其目标仅限于着陆,因为宇航员在月球表面只进行就近漫步。 后来,任务策划者设想了另外三种任务类型。H任务将使基本登月舱的能力实现最大化,让1名航天员在登月舱外2次漫步,并在月球表面设置一套科学仪器。I任务仅靠指令勤务舱在月球轨道停留1个月,并在勤务舱那头安装摄像机和其他遥感设备,或者指令勤务舱上对接一个装仪器的舱,绘制整个月面地图,但这种任务从未执行过。策划者设想的最后一种是J任务,它利用土星V和登月舱的改进型将月面的行动延长到3天。结果,增加1台小型电动车使宇航员能在着陆地点周围探索得更远,并带着多个科学目的勘探多个区域。本书主要说明飞向月球所涉及的各个过程,下面将简要介绍每次飞行取得的基本成果。 阿波罗是如何飞到月球的第2章 阿波罗飞行简史在1965年和1966年这繁忙的两年中,双子星座计划的圆满成功,使NASA掌握了太空飞行的基本技术。然后以每2个月发射1次的频度,执行目标越来越远的10次飞行,要求每次都测试阿波罗任务的某些核心技术,其中包括受控再入、交会、对接、太空行走和长期轨道飞行。这使美国第一次在太空竞赛中领先。随着“走得更远”使计划不断前进,NASA对在1967年新年实施阿波罗飞行充满了信心。 2.2 幻想破灭 在航天计划的最初几年,美国人在运载火箭推力水平上落后于苏联。美国航天工业力图将飞船能力在现有火箭约束条件下最大化,想尽各种办法减轻有效载荷重量成了一种习惯。减重的一项决策导致了首次载人阿波罗任务悲惨的结局。 因内部火灾高温烧焦的 指令舱012地球上的空气中包括4/5的氮气和1/5的氧气,后者是维持生命必不可少的气体。为了节省为载人飞船提供这两种气体所需装备的质量,NASA决定在飞船舱内填充百分之百的氧气,但通过降低气压来确保宇航员呼吸到他们的肺所习惯的氧分子浓度。这种办法在水星和双子星座计划中很成功。不过,当第一批阿波罗宇航员准备做首次指令勤务舱飞行测试时,这种注入单一气体的决策几乎葬送整个计划。 1967年1月27日,AS-204任务(之所以这样命名是因为本次任务使用土星IB系列的第四枚火箭,不过非正式称作阿波罗1号)离计划发射还有3周,阿波罗飞船的指令勤务舱012号属I型舱,被安装在一枚未加注燃料的运载火箭上端。3名宇航员系好安全带准备做拔插头倒计时模拟,各插头脱离后可对整个飞行器利用自身电源的运行情况进行测试。舱内注入高压纯氧以测试是否漏气,这与水星和双子星座计划的地面测试所做的一样。模拟倒计时进行到5个半小时,唯一一次暂停时,一束火苗在指令长脚边燃起,在氧超浓环境中,火苗立即演变成猛烈的火灾,大火烧裂了飞船壳体并使格斯·格里索姆、爱德华·怀特和罗杰·查菲3名宇航员窒息死亡。 由于此次悲剧,NASA受到了来自新闻界和一些政治派别的严厉批评。一些指责落到了飞船制造商北美航空公司头上,指控他们制造工艺马虎。北美航空则反驳说在他们努力建造飞船时,NASA总是下达一系列变化指令干扰研制过程。在这起火灾的国会听证中,弗兰克·波曼呼吁立法者的支持: “我们对我们的管理、工程和我们自己充满信心,我认为问题是: 你们是否信任我们?" NASA从这次事故中获得了很多教训,并将其应用到阿波罗计划的后续任务中。有些评论家说,如果不发生火灾,NASA很可能永远不能实现其登月梦想,因为死亡事故鞭策着所有参与计划的人,尤其是NASA和北美航空公司的人,使他们将II型飞船建造成真正的载人飞船。没有这次悲剧引发的改变,人员伤亡很可能在计划的后面发生,甚至可能在太空发生。至少由此次悲剧成为焦点的I型阿波罗飞船的研制问题有可能在计划后面阶段使任务夭折。 虽然NASA想将这次未起飞的任务仍命名为AS-204,但最后采纳了宇航员遗孀们的要求,保留阿波罗1号的命名,以告慰她们死去的丈夫。阿波罗2号和3号根本不存在。这些任务代号尘封在NASA官方的任务备忘录中,如果不是这次火灾导致它们被取消,这些任务将会在1967年晚些时候执行。 与此同时,在阿波罗火灾后几个月,苏联在试验新型联盟飞船时失去了其第一名宇航员,这次失败推迟了苏联前往月球的步伐。 2.3 重整旗鼓: 阿波罗4号 1967年11月9日,NASA以其A任务恢复阿波罗计划的运作,这是土星V火箭的首次无人飞行,称为阿波罗4号任务。像许多新而复杂的系统那样,做好这一火箭发射飞行准备无疑是一件缓慢而艰难的事。其I型飞船(指令勤务舱017号)不得不按照AS-204任务火灾的调查结果进行改进,其S-II第二级在检查中不断出现瑕疵而令人头疼。 土星V运载火箭将火箭研发的正常程序颠倒过来。按照传统,工程师们通常会遵循一个谨慎的渐进式火箭分级测试程序,以确保其安装在另一级上之前能够正常工作,并对此进行测试。一次性测试整体结构(即所谓的彻底测试,all-up testing)确实十分冒险。不过当乔治·穆勒于1963年担任NASA载人航天飞行办公室主任时,他论证说这种渐进式火箭各级测试方式不仅浪费昂贵的可以飞行的多级火箭,还浪费宝贵的时间。他要求火箭各组件的工程和地面测试应当达到火箭各级同时进行飞行测试的质量。阿波罗4号将证明这种方式是成功的。 发射阿波罗4号,土星V 的第一次飞行当阿波罗4号最终发射时,人们从未听过的噪声掠过卡纳维拉尔角上空,吹散了上次飞船火灾所带来的许多悲观情绪。由于声波和热能足以导致发射塔架损坏,NASA不得不改进发射台,使其经受得起这种极端恶劣的环境。 除了整体火箭系统测试外,阿波罗4号任务将其指令勤务舱送入一个很高的弹道弧段,在那里勤务舱推进系统发动机将指令舱高速推入大气层,以测试从月球返回再入时高速度下隔热层的性能。经过8个半小时飞行后,指令舱在太平洋上进行回收,用于分析,从所有重要指标来看,此次试验取得了圆满成功。 2.4 登月舱的飞行: 阿波罗5号 1968年1月22日发射的阿波罗5号,在历史上无足轻重。它既不载人也没有选用非凡的土星V作为运载火箭,而使用了本来准备用于发射阿波罗1号飞船的AS-204运载火箭。它的历史意义在于它试验了第一个阿波罗登月舱--LM-1,而且它是策划者所设想的B任务。这次试验让工程师检验了登月舱的结构及其对发射环境的响应,同时也为工程师们提供了第一次在太空环境中测试飞船两个发动机的机会。 就上升发动机而言,当抛弃下降级马上点燃上升发动机时,它为NASA提供了第一次考验通过孔洞点火燃烧的机会。为在不严重故障情况下给宇航员提供最大逃生机会,登月舱设计者准备在宇航员降落月球过程中,一旦下降发动机发生故障,则上升发动机点火并将宇航员送回到安全月球轨道。这种情况下,其发动机将不得不在下降级仍然连接在其后面时点火,因此毫不夸张地讲是通过下降级的孔洞点火。尽管还存在一些问题,这种无腿舱成功验证了所要求的一切,因此第二次B任务被取消。第二个试验用着陆器,登月舱2号(LM-2) ,也因此成为放在华盛顿特区国家航空航天博物馆中的一件展品,并一直展览至今。下一个将要飞行的飞船是登月舱3号(LM-3) ,它将搭乘2名宇航员。 未曾使用的、可上天飞行的登月舱2号(LM-2) , 目前放在华盛顿特区国家航空航天博物馆 2.5 土星火箭的挫折: 阿波罗6号 到1968年春天,已经成功完成了两次飞行任务,阿波罗计划似乎正在大踏步前进。已经证明土星V火箭可行,指令舱可以承受高速再入,而且登月舱雏形也成功地完成了飞行。NASA希望在宣布土星V火箭适合搭乘宇航员之前对它进一步进行验证,因此安排了第二次A任务。这次飞行就是阿波罗6号任务,这次试验结果也差点儿断送已步入正轨的阿波罗计划。 1968年4月4日火箭成功发射之后,飞行的第一分钟一切正常,但当S-IC飞行结束时,第一个问题出现了。火箭总是沿着箭体纵轴震动,火箭第一级即将完成使命前约10秒钟,整个箭体前后震动(称为纵向耦合震动)达到了令人担忧的程度。同时火箭前端用来保护登月舱(本次任务未装)的圆锥形整流罩的外皮脱落了几大块。由于这一部件需要承担由加速力而倍增的指令勤务舱重量,其结构完整性引人关注。 S-II级飞行一半时,其5个J-2发动机中的一个开始颤动,导致仪器单元将其关闭。当它熄火时,另一个发动机也迅速关闭了,由此导致其他3个发动机产生的推力不对称地作用于箭体。鉴于土星火箭的控制系统没有对付两个发动机同时出现故障的程序,但它抵消偏轴推力,并在让剩余发动机利用残余推进剂工作更长时间等方面表现得十分优异。S-IVB三级火箭首次工作就成功将飞船送入轨道,但随后的发动机重启指令失效。尽管部分飞行目标得以实现,但如果不能确定问题所在,NASA就不敢用下一枚土星V火箭执行载人任务,而是准备进行第三次试飞任务。 结果,工程师们设法找到了所有问题的解决办法。在液氧输送管路的空腔中注入氦气,可以衰减压力波动,从而抑制第一级的颤动。通过对J-2发动机进行多次精心测试,发现了液氢燃料管道中的一个设计缺陷,它不仅导致S-II中一个发动机关机,还阻止S-IVB上的发动机重新启动。使S-II问题复杂化的是,接线错误将来自土星火箭仪器单元的关机指令误送到了另一发动机,并毫无必要地将其关机。整流罩出毛病是由于火箭超音速飞行时与大气层摩擦发热,导致整流罩软木隔热层分离出的湿气和空气膨胀,从而使其外皮成片剥落,通过在整流罩表皮凿小排气孔就可以解决该问题。 除了运载火箭问题外,火箭搭载的CSM-020飞船如期工作,进行了几次遥控机动,最终溅落在太平洋中。阿波罗7号的准备还在继续,因为它将使用土星IB运载火箭。如果获得成功,管理者将决定在第三枚土星V火箭上真正承载宇航员。 2.6 测试II型飞船: 阿波罗7号 阿波罗7号的S-IVB及其 打开的整流罩罩板为了赶在肯尼迪总统要求的期限前完成任务,到1968年年底,每隔两三个月就要发射一次,阿波罗计划看起来变成了压倒一切的任务。阿波罗7号的C任务用II型飞船,不配备登月舱,第一次载人试验于1968年10月11日开始,用较小的土星IB作为运载火箭。宇航员有沃利·休拉、唐·艾西尔和沃尔特·坎宁安,他们在地球轨道上飞行了11天,比一次往返月球任务所需的时间还长,这证明了新型飞船具有长期载人航天能力。 飞船入轨后,宇航员将马上与S-IVB第二级分离,并尝试演练未来飞行任务必需的调头机动,届时登月舱将必须从其整流罩中拉出来。休拉一看到S-IVB,就注意到整流罩4个铰链瓣中的一个没有完全展开。他取消了模拟的逼近机动动作,以避免撞到飞船,随后建议抛弃这些整流罩板。 在整个任务的早期阶段,宇航员的主要精力集中在完成最重要任务上: 反复启动主发动机,与S-IVB交会(在此期间看到刚才未打开的罩板也完全展开了),并验证飞船导航系统的工作性能。当这些试验圆满完成后,宇航员便利用剩余时间进行一些次要的阿波罗系统试验并对地摄影。 尽管任务是成功的,但历史更倾向于记住这次飞行任务中,宇航员与任务中心飞行控制职员之间发生的关系破裂。一次普通感冒使得平常妙语连珠的指令长变得脾气越来越暴躁,由于头部充血不能自行慢慢排出,太空中感冒更加痛苦。其他两名宇航员都是新手,也被卷入十分不愉快的氛围中,结果激怒了管理层,他俩从此再也没有进行太空飞行,而休拉则已经宣布退出太空飞行。 从阿波罗7号看到的佛罗里达半岛 2.7 勇敢的决策: 阿波罗8号 早在阿波罗7号发射前,管理层就构想在阿波罗8号中实施某项特别任务: 到月球的为期6天的大胆短期旅行。这是一项草率安排的任务,因为其他方面还充满了不利的条件。 阿波罗8号原计划是D任务,在阿波罗7号假如成功执行C任务的前提下,对包括登月舱在内的整个阿波罗系统进行一次近地轨道测试。然而,第一个能载人的登月舱由于一系列问题尚未准备好升空,其中包括某些结构部件出现了受力断裂、用于未来飞船的接线方式容易断裂、上升级发动机燃烧不稳定等。没有登月舱,管理层又不愿意简单重复阿波罗7号,因此他们改变了任务的顺序,将E任务的深空目标提前,只不过没有登月舱。此外,他们大胆地决定将指令勤务舱一直送往月球,并进入绕月轨道。尽管这将实现E从远离地球的阿波罗8号拍摄的月球背面。黑底明显的环形山是詹纳山,直径71千米 任务的部分目标(深空跟踪、深空温控、奔月导航),但由于这是一次只有指令勤务舱的飞行,NASA将其命名为C′任务。这将给NASA提供登月任务运作所需的实际经验,但没有公开宣布,目的是要赶在苏联之前到达月球。据情报暗示,苏联将秘密进行一次绕月任务,尽管不登月,可这类任务的宣传价值巨大。如果美国人能首先到达,只要苏联没有成功登月,他们就能宣称他们基本上已经赢得太空竞赛。 1968年12月21日上午,弗兰克·博尔曼、比尔·安德斯和吉姆·洛弗尔乘坐土星V离开地球,成为首批从受地球引力控制变成受其他世界引力控制的人。为期3天的长时间奔月飞行,给了吉姆·洛弗尔充足的时间练习通过观察地球、月亮和星星来监测飞船的航行轨迹。到1968年12月24日,阿波罗8号载着宇航员绕过月球阿波罗8号宇航员读《创世记》时播放的从飞船舷窗看到的月球上日出晨昏线的电视画面 背面,在那里他们点燃了勤务舱推进系统发动机,进入月球轨道,开始绕月10圈的旅程,每圈2小时。当他们在布满环形山的月面上空110千米飞行的时候,宇航员近距离观察了两处计划第一次着陆的位置,并和地球上的测控站一起演练了绕月导航技术。地球上许多人通过电视惊奇地看着航天员在倒数第二圈月球轨道上发送的一次非凡的圣诞节时段黑白电视,在此期间他们朗读了圣经《创世记》开头的几段诗句,这时月球荒凉的清晨月面地形从摄像机面前掠过。 如果他们点火不能进入月球轨道,宇航员可简单地利用月球引力加速绕过月球背面,几乎不用干预就可返回地球,管理层真正担心的是阿波罗8号的下一次机动。尽管SPS发动机设计得十分可靠,但每个人都明白,SPS发动机点火失败将会导致宇航员永远逃不出月球引力的魔掌,死在那里。更糟糕的是,发动机的点火动作发生在月球背面,地球上没有人能够监视到其进展情况,只能一直等到飞船再次出现,希望它处于回家的路径上。得克萨斯州休斯敦的圣诞节午夜刚过,阿波罗8号绕过月球边缘准时再次出现,吉姆·洛弗尔开着玩笑向任务控制中心报告,“请告知,有一位圣诞老人”. 将阿波罗8号成功送达月球,激发了数千名为登月而拼命工作的人们的士气,使NASA获得了将来进行月球旅行时所必需的实战经验,并进行了多种导航、温控和通信方式的试验。在哲学层面上,这次飞行使人类首次从另一个世界观察自己居住的行星。航天员从两个世界之间的合适位置向数百万人发回了地球的电视图像。当绕月球飞行时,航天员怀着敬畏的心情观看并拍下地球从荒凉月球地平线上升起的景象,这些照片后来成为环境保护运动升温的催化剂和那个时代的标志。 人类拍到的第一张地球升起的照片。比尔·安德斯的阿波罗8号在 拍到更知名彩照的前几秒拍到的照片 2.8 全系统测试: 阿波罗9号 至此,NASA已经对阿波罗指令勤务舱充满了信心,但还没有试飞过将航天员送到月球表面的脆弱的登月舱。因此NASA启动了阿波罗全系统在地球轨道上飞行试验的D任务,包括主飞船和配置完整的登月舱LM-3,这就是阿波罗9号。此次飞行将演习登月飞行所必需的全部机动,它也是首次把航天员交给没有隔热层且不能直接带他们返回地球的飞船,但必须得到登月舱能否将他们的同事送到月球表面的信心。 1969年3月3日成功发射后,宇航员开始在低地球轨道上进行为期10天的大致相当于登月任务的飞行。这个任务从S-IVB级火箭顶端停放位置拉出登月舱开始,这也是这一时间紧迫的任务取得的多个首次突破之一。地面控制人员然后命令该级火箭重新点燃其发动机离开地球,好像将飞船送往月球,在此过程中,阿波罗飞船将脱离地球引力并进入自己的绕日独立轨道。在其SPS发动机进行一系列点火进入正确轨道后,吉姆·麦克迪维特和拉斯特·施韦卡特进入绰号为“蜘蛛”的登月舱,并加上电源。戴维·斯科特留在绰号为“软糖”的指令勤务舱中。航天员起的这些绰号简单地反映了飞船的外形。拉斯特·施韦卡特从登月舱入口处看到的指令舱打开舱门中的戴维·斯科特 施韦卡特准备走出登月舱前舱门测试在月球上将穿着的航天服和背包。他也肩负着另一项使命,即验证一旦出现对接不成功或是通道堵塞,宇航员可以利用舱外的扶手从一个飞船前往另一个。不过后来由于施韦卡特在此任务前一天患上了太空适应性疾病,这一试验被取消。管理层不再允许他进入登月舱入口处验证航天服和背包的空间适应性,而是由斯科特站在“软糖”舱门处从飞船表面取样本。 飞行的第4天,麦克迪维特和施韦卡特封闭了两飞船之间的通道,并使“蜘蛛”分离。经斯科特目视检查后,麦克迪维特和施韦卡特点燃登月舱的下降发动机,驶离“软糖”185千米,建立起月球轨道交会状态。正如后来的每次登月任务一样,在抛弃下降级后,他们驾驶登月舱的上升级飞回斯科特所在的“软糖”,最终完成与指令舱的对接,并顺利返回指令舱。 剩余的飞行时间中,宇航员演练了多种导航技术,使用其可靠的SPS发动机对轨道进行了多次调整,并开展了多项实验,包括对地球表面的多光谱照相,为未来地球资源卫星计划和天空实验室计划提供支持。尽管阿波罗9号没有后续任务那么充满魅力,但它是阿波罗奔月高潮的一次高度成功的前奏。 2.9 彩排: 阿波罗10号 用于登月的主要部件和程序大都完成测试,尽管不是完全在登月飞行需要的环境下进行的。为了最大限度地减少登月飞行中出现的意外,NASA想尽可能演练一个完整的登月任务,只是不实际在月球上着陆。这次彩排飞行称为F任务,由阿波罗10号宇航员汤姆·斯塔福德、尤金·赛尔南和约翰·杨完成。他们的飞船以著名的查尔斯·舒尔茨的卡通连环画《花生》中的角色命名,在NASA促进质量控制运动中它也是主角。指令勤务舱因此被命名为“查理·布朗”,而登月舱则命名为“史努比”. 发射于1969年5月18日进行,运载火箭的每个单元都必须严格按登月任务中那样正确工作,包括运送飞船前往月球的S-IVB级火箭的点火。同样,运送登月舱到达月球上空110千米高轨道的指令勤务舱的所有功能也必须正常。 两个对接在一起的飞船进入停泊轨道后,宇航员定下心度过他们在月球轨道上的第一夜,此时他们的飞船正以每小时5800千米的速度绕月飞行。次日,斯塔福德和赛尔南进入登月舱史努比,与留在指令舱查理·布朗中的杨分别,让登月舱进入同一低轨道,登月任务将从这里开始最后降落。该轨道将史努比带到距月球表面不超过14500米的高度,在那里斯塔福德拍摄并描绘了到达NASA选定落点的路径。最重要的任务是证明月球轨道交会能否按计划进行。在抛弃下降级后,利用上升发动机进入一个类似于从月球表面升空后所到达的轨道。NASA的管理层曾经对两个绕另一个星球轨道高速飞行的两个飞行器过于接近十分谨慎,并希望在登月舱登月之前验证这些技术是有效的。这次交会对接的成功最终扫清了登月任务的道路。 登月航路点。左图: 直径6千米的莫尔特基环形山; 右图: 在吉姆·洛弗尔称为玛丽莲(Marilyn)山的突出三角地形上空的阿波罗10号指令勤务舱。这两个特征地形引导阿波罗11号到达登月点 像媒体那样,人们常记起阿波罗10号任务在抛弃下降级时,因驾驶差错导致登月舱意外摆动时赛尔南说的脏话。回家的旅程十分平静,只是查理·布朗的SPS发动机点火不久,往地球发送了前所未有的月球逐渐远去的彩色电视图像。斯塔福德大大提高了电视对阿波罗任务的重要性,它不仅对于公众,而且对于工程师和月球科学家们也如此。阿波罗10号的8天飞行为NASA铺平了圆梦之路,使G任务除着落月面本身外已无悬念。 2.10 实现梦想:阿波罗11号 阿波罗11号于1969年7月16日清晨从肯尼迪航天中心起程,肩负着在月球表面降落的使命,据称超过100万人聚集在卡纳维拉尔角附近目睹了这次有望成为具有伟大历史意义的事件。开始4天,宇航员尼尔·阿姆斯特朗任指令长,登月舱驾驶员是埃德温·布兹·奥尔德林,指令舱驾驶员是米歇尔·柯林斯,他们成功地沿着先驱者们已经探明的路径前行。宇航员甚至留出额外的时间利用改进的彩色摄像机向电视观众展示他们登月舱鹰号的长时间旅程。 飞行前穿着宇航服的3名阿波罗11号的宇航员: 尼尔·阿姆斯特朗、埃德温·布兹·奥尔德林和米歇尔·柯林斯 飞行的第4天,阿姆斯特朗和奥尔德林离开由柯林斯照看的指令舱哥伦比亚号,脱开后鹰号的下降发动机点火,进入绕月的下降轨道。其间由于通信设备出现了一些问题,阿姆斯特朗略微调整了登月舱的定向以改善接收效果。当接近再次点燃下降发动机进入落月阶段的关键点时,阿姆斯特朗开始对所经路标进行计时,以帮助确定其弹道是否如预定的那样,不过看起来似乎有些超前。下降发动机的最后燃烧顺利进行,宇航员有时间继续观察飞船飞过下方的地形。3分钟后,他们转动登月舱,使其面朝上,让船载雷达能够测量高度。 此时,事态逐渐开始令人紧张,特别是休斯敦的飞行控制人员,他们不知道宇航员当前的状况。由于程序缺陷,一个开关留在错误位置上,结果导致船载计算机开始过载报警。控制中心的大多数人以及飞船中的两名航天员都不明白问题原因所在。不过就在本次任务两周前,登月舱计算机专家们已经研究过宇航员正观看的计算机代码,可以让阿姆斯特朗和奥尔德林继续下降。当奥尔德林读出相应的数字时,阿姆斯特朗利用它们观察月球上那片计算机引导他们前往月面点的地形。当看到他们的目的地似乎是大环形山旁的卵石场时,他比原计划提前进行了手动控制,将登月舱机动到比原飞行路径着月点远300米的地点。当他将登月舱飞行到较为平坦的月面时,任务控制中心开始担心推进剂可能不足。离控制中心命令宇航员取消着月还剩最后15秒时,鹰号登月舱降落在静海的西南角,1969年7月20日成功地实现了约翰·F.肯尼迪总统的登月目标。 在宇航员看来,阿波罗计划中最困难的目标已经完成,然而公众偏偏更渴望目睹影响超出个人乃至人类的伟大事件,也就是一个人在月球上踩下脚印的这一刻。阿姆斯特朗后来指出,月球漫步的风险要远远小于驾驶7吨重且带着易爆推进剂的脆弱飞船,在火箭喷焰消失时降落到未知岩层表面,外面是绝对真空。 阿波罗11号任务期间,布兹·奥尔德林在静海基地设置月震仪 在随后几小时里,人类历史上最具有纪念意义的电视转播事件之一,就是阿姆斯特朗在前、奥尔德林随后走出飞船,踏上静海这片处女地,他们的活动通过黑白电视摄像机拍摄并传送回地球,他们看上去像幽灵。他们在那里拍摄照片,收集样本并且放置了3台简单的科学仪器: 一个小型月震测量站、一个激光反射器和一个太阳风收集器。当然,政治意义也没有被忘记,升起了代表为本次冒险付出巨大努力的美国国旗。此外,他们还为一块纪念牌揭幕,以告知任何未来造访静海基地的人,最先造访者是“为全人类的和平而来”,同时两名探险者与理查德·尼克松总统通了电话。两个半小时后,月球漫步结束。阿姆斯特朗和奥尔德林带着他们拍摄的胶卷和装有月球岩石样本的箱子登上上升级,对舱体再次加压,并在不到一周时间内实施的第二次发射升空前抓紧时间睡一会儿。他们回到柯林斯所在的哥伦比亚号,返回地球的旅程十分顺利,并于7月24日降落在太平洋上。 NASA探索月球的计划从一开始就设计得充满雄心,设在肯尼迪航天中心的发射设施也建得可用于多次或密集发射。现在,随着登月任务胜利完成,美国在越南战争中的花费正在耗尽国家的财政资金,阿波罗探险的规模被国会削减。尽管如此,计划的推动力使另一次登月尝试在仅仅4个月后就开始了。 2.11 遭雷击: 阿波罗12号 人们几乎一门心思地要实现载人登月目标,而着月精度和科学目标之类的问题则放在次要位置。结果,阿波罗11号飞船降落在距预定落点约7千米以外的地方,而且在一段时间内,没有人知道它的准确位置。甚至米歇尔·柯林斯也不能通过六分仪(安装在哥伦比亚舱体上的高倍光学装置)看到鹰号登月舱。由于质量约束和缺少时间,飞船所携带的科学载荷被严格限制。美国人已经在基础设施上花费了巨额投资来支持阿波罗计划而且希望看到它发挥作用,所以未来的任务将会对此进行弥补。这也为继续投资提供了论据,显然,科学目标最为合适。 无人探测器月球勘测者3号,远处是阿波罗12号的登月舱无畏号 为了从月球获取知识,NASA必须前往地基和轨道上拍摄暗示可能存在问题答案的地方。然而,宇航员在月面上的行走范围有限,所以降落在指定目标位置的能力变得极为重要。阿波罗12号没有被送到任何具有特定地理重要性的地方,要求它瞄准一个非常小的目标,即月球勘测者3号,它是NASA在31个月前向风暴洋发射的一个小型机器人探测器。 飞行器穿越雨云并遭受到雷击的灾难后,阿波罗12号的宇航员一边担心指令舱被通过的电涌损坏,一边继续前往月球。最终,证明指令勤务舱美国人·快艇号未受损,而且在1969年11月24日,查尔斯·彼得·康拉德和艾伦·比恩将其登月舱无畏号降落,距鹰号舱落点以西1500千米,距月球勘测者3号仅200米。这次精确降落证明了地面控制人员和宇航员能够精确地将登月舱降落在希望的位置上。理查德·戈登在登月舱上方的轨道上用六分仪同时观测月面上的登月舱和“月球勘测者”探测器,确认了他们的位置。 康拉德和比恩进行了两次月球漫步。一开始,他们放下了ALSEP--一个自主科学站,它将在宇航员离开后在月面上工作很多年。第二天,他们沿一个直径在1千米以上的圆迅速走过月面,停留在预先计划的目标点,最终造访了“月球勘测者”探测器。在检查探测器并对它进行拍照后,取下部分元件带回地球。通过这些元件,研究者们可以仔细分析暴露在月球环境长达31个月对设备的影响。从公众关心的角度看,爱开玩笑的宇航员的缺憾是第一次月球漫步时,由于不小心将镜头指向了太阳,最终导致摄像机被烧毁。电视网努力为宇航员的语音通信提供辅助可视画面,但是观众们很快厌倦了听月面两个人模糊的、往往神秘且喋喋不休的对话。尽管如此,和后来的每位宇航员一样,康拉德与比恩两次在月面上的快乐冒险,获得了比前一次任务更多的样品,而科学家们对此十分高兴,特别是一颗略带放射性的岩石微粒,揭开了月球早期历史某些重要方面的盖子。 值得高兴的是,尽管阿波罗12号在发射过程中遭受了雷击,但美国人·快艇的溅落宣告10天的登月任务成功结束,唯一不足的是没有电视图像。 2.12 败中取胜: 阿波罗13号 既然NASA已经掌握了在月球上如何精确着陆,于是便将更多的精力放在寻找月球起源的科学目标上,虽然美国纳税人对是否想了解这类信息还存在争议。阿波罗任务之前的月球研究主要集中在一个大地形特征上,它或许是理解许多月球可见地形的关键,这就是雨海,很容易看见的月海中的一个。事实上它是一个直径1300千米的大型地质结构,很久以前由一颗小行星撞击月球,后来被黑色的熔岩所覆盖而形成。像任何撞击构造一样,雨海盆地四周被撞击时喷射出来的物质所覆盖。参与阿波罗任务的月球科学家们相信从取回的喷射物质层样本可以了解很多知识,这些物质在月球正面大量存在。为了采集这种样本,他们建议阿波罗13号在紧邻弗拉摩洛环形山北部的圆丘地形上着陆。 阿波罗13号在1970年4月11日的发射日前几天开始遇到麻烦,指令舱驾驶员肯·马丁利由于可能接触了病毒性风疹而被后备航天员杰克·斯威格特替代。发射后不久又遇到麻烦,土星V火箭第二级5个发动机中的1个提前关机。不过这些问题与出现在离地球328300千米(大约是地球到月球全程的90%)处的故障相比,几乎不算什么。飞行大约56个小后,斯威格特按照地面任务控制中心的要求,启动风扇搅动氧储箱中的东西,储箱发生剧烈爆炸。爆炸产生的冲击吹掉了奥德赛勤务舱外表的一块板,严重损坏了供氧系统,将飞船中的大部分呼吸用氧气泄漏到太空中。 这一重创损坏了飞船的电源,通过宇航员4天的奉献、智慧和坚韧,以及飞行控制小组和数千名保障人员的共同努力,在其飞船受损后产生的复杂问题下让飞船安全返回地球。由于爆炸和缺少电力,或者工程师不敢使用可能已损坏的系统,勤务舱中的每个系统都不能工作。指令舱必须迅速断电,从而节省其留下来的消耗品供再入地球大气层时使用。这样留下未用的登月舱宝瓶座号成了维持宇航员生存的唯一手段,此时两个飞船仍然连接在一起绕过月球,飞往地球,同时这也成为需要发动机点火加速返回和控制着陆精度的唯一推进手段。 由于没有电,飞船内部温度很快降低到大约6℃。在如此不舒适的低温环境中,宇航员躲到登月舱中,同时还要照看不工作的阿波罗13号损坏的勤务舱 指令勤务舱飞到地球安全范围,他们感到越来越疲劳。而指令舱是他们穿越地球大气层的唯一手段。在落回地球的漫长时间内,他们必须组装一些设备来滤除空气中的有害气体二氧化碳,并为登月舱主发动机点火,控制其正确的点火持续时间,同时确保其指向正确,要完成一系列复杂的检测。他们发现自己完成这些工作很困难,而且经常要用从未练习过的方法,所以几天都没有合眼。 4月17日飞行的最后时刻,飞船再入地球大气层,由于不知道奥德赛的隔热层是否在爆炸中受损,整个世界都为此十分紧张。在太平洋上的安全溅落结束了这次受重创的飞行,这恐怕是宇航员、其地面控制组和他们背后各保障团队最幸福的时刻。这证明在太空飞行中,即使面对可怕的异常,靠坚韧不拔的努力仍能取得成功。 尽管人们迷信地认为此次飞行编号不吉利,但事后才知道飞船本身在离开地球时就带有缺陷,可阿波罗13号的氧储箱恰巧在最有利的时机发生了爆裂。如果过早,他们前往月球并返回的路太长,返航的时间太长,登月舱无法维持他们生存;太晚的话,可能就没有了可用作救生船的登月舱。阿波罗13号真是太幸运了。 从太平洋上返回的精疲力竭的阿波罗13号宇航员 2.13 再来一次: 阿波罗14号 阿波罗13号使NASA逃过了致命打击。这次飞行差点儿导致宇航员死亡,飞船遭受这样的损坏通常会造成宇航员死亡。NASA需要仔细调查和分析是什么原因损坏了奥德赛的勤务舱。尽管NASA内部和外部都有在造成人员死亡之前结束阿波罗计划的呼声,但管理层仍坚信不疑。他们制订的探索计划,现在几乎已被淡忘,是怀着美好的憧憬造访无限美丽的区域。改进的装备使宇航员能够探索离登月舱更远的地方,虽然这些任务的成果没有多少政治影响,它们取得的巨大科学成果现在仍有力地支撑着我们对太阳系的理解。 阿波罗14号使登月计划回到实现其既定目标上: 造访弗拉摩洛区,查明雨海盆地的形成原因。登月舱心大星号的准确目的地在称作锥形环形山的撞击区域附近,选择此地的吸引力来自环形山形成的有用特性。当一个冲击物撞击月面时,它会将目标点的岩层撞开,挖出月面以下很深的物质堆积在撞击坑的边缘,越浅的物质沉积在距坑边越远的地方,形成一个喷出物覆盖层。因此,让月面航天员艾伦·谢泼德和埃德加·米歇尔沿放射线向冲击坑边缘步行,并采集覆盖层的样本,地理学家希望把锥形环形山用作2500万年前的现成“钻孔”,通过雨海盆地受撞击所产生的巨大喷射覆盖层向深处采样。现在认为这一盆地形成于39.1亿年前。 阿波罗14号的登月舱心大星号和弗拉摩洛环形山附近的着月点 1971年1月31日成功从地球发射,在地球轨道上做完飞船检测后,奔向月球。斯图·鲁萨分离指令勤务舱猫头鹰号,掉头,并试图与登月舱心大星号对接。对接没有成功,随后进行了5次对接才抓住着陆器。在月球附近,当登月舱心大星号即将下降到月面之前,发动机刚一点火,就出现了威胁任务成败的间歇性短路现象。这需要任务控制与宇航员之间做出高超的工程努力,对计算机熟练地逐字节重新编程来解决问题。 作为H任务的最后部分,月面宇航员进行了两次舱外短途旅行。第一天,谢泼德和米歇尔支起了第二个ALSEP科学站并就地进行探测。第二天他们艰苦跋涉1千米,穿越布满圆丘的平原并爬上370米锥形环形山边缘附近的山脊。攀登过程十分艰苦,在接近峰顶时,他们很难在起伏很小的地形上找到撞击坑的位置。他们行程400000千米才来到这个边缘,几乎已经到达氧源的极限。当时间快要耗尽时,他们收集了一些样品并开始返回。后来分析表明,他们已经到达离锥形边缘30米的地方,已经近到足够采得雨海盆地内深处的喷出物。 回到登月舱后,谢泼德进行了一次惊人的表演,他把一个真的高尔夫球杆的头装在他工具之一的杆头上,打击一个私自带上月球的高尔夫球。与此同时,鲁萨在月球轨道上已经计划了一项大胆的举动,用装在舱门舷窗上的高分辨率测绘照相机进行在轨拍摄。不过由于仪器故障,这一计划被迫缩短,他不得不用手持照相机和灵巧飞行来临时凑合,完成飞行任务中的某些照相任务。 阿波罗14号是一次极为成功的任务,它恢复了NASA的信心,并准备让它在未来的探索与科学实验中取得更多成果。它也是最后一次要求月球探索者在返回地球后进行一段时间的生物隔离。他们带回的岩石样本使得科学家们可以研究雨海形成过程中喷射覆盖物的特性。通过将其他月球特征与这一事件进行比对观察,地理学家现在能够辨别其在雨海之前还是雨海之后。 2.14 满载而归: 阿波罗15号 阿波罗计划中的最后3次飞行将任务提高到探索、科学和发现的新高度。由于工程目标在很大程度上已得到验证,科学探索就成为落月位置和携带装备选择的驱动力。登月舱和指令勤务舱加以改进,以携带更多的补给,并提升它们的耐久性。为了有利于获取更多的知识,在登月舱一头携带了一辆小型折叠电动车,同时在勤务舱空闲区中装了一套精密的探测器和照相机。 将阿波罗系统能力进一步提高后,阿波罗15号就可飞行12天。它的着月位置选在位于亚平宁山脉两座奇妙山峰与称为哈德利小溪的曲折河道之间的、一个状似海湾的月球平原地区。与以往不同,此位置在赤道带以北很远,在此之前阿波罗任务都限制在赤道区。这里是令探索者神往的地方,可以揭示月球最古老时期的历史。阿波罗15号于1971年7月26日从地球发射,其壮观景象与以往任务相同,没有值得惊奇的地方。飞向月球期间,遭遇了主发动机控制电路故障和指令舱供水系统泄漏,这两个故障都被成功解决。他们降落在哈德利基地后,登月舱猎鹰号的宇航员戴维·斯科特和吉姆·欧文将舱减压,以便斯科特能从登月舱的顶部舱门探出头观察着月点。随后三天都可以看到两名探险者持续不断地执行着探索计划,从脚下的海和旁边的山上采集岩石样本,他们同时利用“漫游车”提供的机动能力,并通过随他们一起运动的地面控制电视照相机,与地球上的观众共同欣赏飞船通信员乔·艾伦描述为“绝对神秘”的地形。 1.5千米宽哈德利小溪旁的阿波罗 15号着月点(圆圈处) 被描述为“绝对神秘”的沿哈德利 小溪的电视画面 漫游车的使用改变了月球探索的规则,月球漫步第一阶段不是在登月舱附近工作然后再远行,配有漫游车的宇航员可跳上车,立即出发。不过如果电动车出现故障,他们应当有足够的氧气储备以保证他们能走回登月舱。 他们的首次远行驱车来到哈德利-德尔它山下流淌的哈德利小溪。斯科特发现驾驶这种小车有点儿像进行体育运动,不过两名宇航员可受益于两地之间行车时的休息。他们返回登月舱后,搭起了第三个ALSEP科学站。当斯科特努力为热流实验安插传感器时,发现在月壤上钻孔十分困难。在他钻探的深度上,月壤本应是一种松散的粉末或碎屑物质,但经过数十亿年的时间,它们已经被压缩得像石头一样坚硬,而且也没有被空气风化。为此不得不重新设计钻机。 在第二次远行时他们驱车开上哈德利-德尔它山较低的斜坡,他们希望在那里找到原始月壳的碎片。在一个新近形成的环形山附近,他们捡到了一块媒体迅即称其为“原生岩”的岩片,因为科学家们对媒体说这个样本可以讲述月球最早期时代的很多故事。回到登月舱附近,斯科特再次用不称职的钻机努力钻探以期获得超过2米长的月壤芯,但随后发现他根本不可能拔出来。此时宇航员已经远远落后于他们计划的时间表,这也直接导致他们第三次月球行走的时间缩短。在他们最后一次舱外冒险中,在欧文的帮助下,驱车前往哈德利小溪边缘以观测暴露在对面岩壁上的熔岩层之前,斯科特最终拔出了深层的月壤芯。这次,最后的高潮是以科学的名义,而不再是高尔夫球,斯科特进行了一项简单的实验,他同时抛出一把锤子和一片猎鹰羽毛,以证实伽利略的理论--在绝对真空中不同质量的物体会以同样的速度下落。 当月面上的宇航员重新规划在哈德利的月面探险时,阿尔弗雷德·沃登正操作着装在奋进号指令勤务舱的新照相机和仪器。因在月球轨道上飞行,用改进的侦察照相机拍下了月球地形的许多宽幅照片,并用多种仪器对月面观测,以分析月球物质的组成成分。激光高度计测量飞船下方月面的不同高度,这些数据迅速描绘出高地与低地关系图以及它们成分的差异,由此揭示月球形成历史的重要线索。在他们返回地球之前,宇航员释放出一个子卫星,继续进行7个月的月球环境测量。 从阿波罗任务获取的知识,是讲述熔岩海故事的基础,其表面冷却成一层富铝硬壳,此后又遭到巨大的小行星撞击,撞击坑随后被从月面深层涌出的富铁的熔岩填充。这种说法同样也描述了地球早期状态。 2.15 新知识: 阿波罗16号 这场科学盛宴延续到1972年4月14日发射的阿波罗16号,目的是探索月面盘中心笛卡儿环形山附近崎岖山峰中认为是“高地火山”的地方。由约翰·杨、查理·杜克和肯·马丁利组成的宇航员组在着陆前几小时差点儿要中止任务,原因是当马丁利试图在预定点火来测试其备份操纵系统时,指令勤务舱卡斯帕上的主发动机开始异常抖动。这一小故障排除6小时后,杨和杜克操纵他们的登月舱猎户座成功登月。 阿波罗16号任务期间,查理·杜克在准备其月球漫游车 睡了一夜后,他们踏上月球表面,并立即着手准备月面漫游车,并搭建了他们的ALSEP科学站。虽然杜克为热流试验钻探月面时没有遇到困难,但杨被其电缆绊倒了,导致电缆与连接器断开,钻机无法正常工作。他们的首次出行是前往多个环形山中的一次短途旅行,在那里他们只发现了角砾岩(或称速成岩),这种岩石形成于冲击条件下的高能环境,是由粉末状岩石熔化后聚集在一起形成的碎片。随后两天,他们仍然集中精力来回寻找预期的火山迹象,但是除了巨大的喷出物覆盖层破碎的岩石外没有发现任何东西。马丁利在轨道上继续着阿波罗15号已经做过的同样观测,只是覆盖了不同月面条带。 月面宇航员回到指令勤务舱后,由于发动机控制问题,提早一天离开月球轨道。除了没能把他们的子卫星释放到正确轨道外,阿波罗16号任务的时间压缩没有对其最终成果的质量与数量造成什么影响。 阿波罗16号任务期间,杨和月球漫游车停在普拉姆环形山旁(由埃里克·冯·梅加登全景拍摄) 这是一个典型的科学研究实例。地质学家提出假设,来解释月球高地某些区域可见的浅色平原的起源。部分阿波罗16号的简报用来验证这一假设,有了这些样本与观测结果,证实这些理论是错误的。这一例子说明了科学是如何进步的,因为导出了新的假设,对月球作为行星体的演化有了更好的理解。 位置保持期间从登月舱拍摄的阿波罗16号指令勤务舱卡斯帕和地球升起 2.16 最后的欢呼: 阿波罗17号 阿波罗的最后一次登月得益于月球科学团体的幕后游说,即应有一名专业的地质学家造访月球。多数宇航员通常是战斗机驾驶员或试飞员出身,总认为在月球附近实验飞船这样的危险环境中,确实不适合带那些没经过系统飞行训练的人。事实上,1965年NASA就要求招收5名科学家兼宇航员,安排他们学习驾驶喷气式战斗机。他们中只有哈里森·杰克·施密特一人是地质学家,他与尤金·赛尔南和罗恩·埃文斯一起在12天半的阿波罗17号任务中探索澄海沿岸附近山谷中特黑土壤区域,证明了他是不可或缺的代表。对于该地区的兴趣是阿波罗15号任务期间,阿尔弗雷德·沃登对山谷底部黑晕环形山的观测结果所激发的,它看上去有可能是现代月球火山源。 1972年12月7日,阿波罗17号的发射以计划中唯一一次夜间发射而著名。土星V火箭的尾焰犹如人造太阳般照亮了佛罗里达州东海岸。为了抵达他们的登月点,飞船必须采用比其他轨道更长的奔月轨道。随后在月球周围进行的轨道芭蕾是所有任务中最复杂的。登月后,赛尔南和施密特立即开始准备走出登月舱挑战者号,卸下阿波罗17号任务中杰克·施密特用长柄耙采集月面石块 他们的漫游车,并搭建ALSEP科学站。与阿波罗15号斯科特的经历相似,尽管有专用千斤顶的帮助,赛尔南在钻取地下深岩芯时还是遇到了困难。取岩芯多花了时间,意味着驱车到附近环形山的短途旅行的时间肯定要压缩。 在第二天持续7个半小时以上的月球行走中,他们向西驱车7千米以上到达一座山的山脚下。在那里他们采集了从断层露头落下再滚上斜坡的卵石样本,使他们可以采到月球车无法到达处的样本。在返回途中,他们在一座环形山旁停下,该地后来被称为“芭蕾”,因为施密特在那里采样时差点儿摔倒,猛转身体才站稳,就像是在跳芭蕾舞。 当宇航员在沃登的黑晕环形山之一的边缘发现橘色土壤沉积物时,在地球和月球上执行任务的所有人都激动不已。这种物质尤金·赛尔南和杰克·施密特看到的裂开卵石 在先前的任务中从未被发现过,它的颜色表明有铁氧化物(或称铁锈)存在,这些物质通常需要水,而水是月球表面因明显缺乏而引人注目的物质。随后对这些物质的分析表明,它们肯定是火山作用的结果,不过在远古时代,30亿年前壮观的火焰喷发喷射出的熔岩直入空中达数百千米高。现在只是由造成环形山的冲击将它们挖了出来。 阿波罗时代的最后一次月球行走中有众多富有成效的勘查点,其中包括赛尔南和施密特造访的有一块裂开卵石的另一座山。施密特专业的目光发现了变化的痕迹,它们显示出早期不止一次的巨大冲击反复作用在月球表面,暗示地球幼年时期也是这样。 在指令勤务舱美国号中工作的埃文斯也没闲着,装在勤务舱一头的一整套仪器同阿波罗15号相比已发生变化,因为其轨道重复了许多奋进号的条带。与前两次任务相似,数千张高分辨率月球图像拍摄在巨大的胶卷上。埃文斯必须在返回地球时走出舱,沿勤务舱过去,取回胶卷。 阿波罗17号任务对几乎像哈德利山一样大区域的造访,是将人类最初对月球的探索推向高度成功结局的伟大任务的巅峰。阿波罗最后一次月球漫步中, 尤金·赛尔南在漫游车旁 月球旁阿波罗17号 看到的地球 2.17 再见,阿波罗 尽管阿波罗17号任务结束了阿波罗计划的登月阶段,但美国对于其硬件和基础设施的投资在3年时间内仍在发挥效益。一个备份S-IVB级改造成在轨工作站,称为天空实验室。这个巨大的77吨空间站由土星V火箭于1973年5月14日发射升空,在空间站工作的3批宇航员则乘坐改进型阿波罗指令勤务舱由土星IB火箭发射入轨。3批宇航员分别在天空实验室中停留1个月、2个月和3个月。最后一次阿波罗飞行任务仍在地球轨道上进行,作为1975年阿波罗-联盟联合试验工程的一部分。仍使用土星IB火箭,当时一艘美国的阿波罗飞船与一艘苏联的“联盟”飞船在太空中交会并对接在一起,作为一次政治缓和行动,由此友好地结束了太空竞赛。剩下的两枚土星火箭成为草地展示品。
阿波罗是如何飞到月球的——2.1 飞行任务的字母排序
书名: 阿波罗是如何飞到月球的
作者: W·David Woods
出版社: 清华大学出版社
译者: 董光亮 | 孙威 | 李平
出版年: 2012-3
页数: 378
定价: 69.00元
装帧: 平装
ISBN: 9787302275497